(57)【要約】【課題】厚さが薄く、剛性の低いマシナブルセラミックス基板への溶射皮膜の剥離や割れがなく、かつ、溶射後にマシナブルセラミックス基板自体が割れることがない溶射皮膜の形成方法を提供する。【解決手段】厚さ１０ｍｍ以下で、かつ、ヤング率が１００ＧＰa以下のマシナブルセラミックス基板への溶射皮膜の形成方法であって、前記基板を予熱する工程と、前記基板に溶射によりセラミックス粉を溶着してセラミックス皮膜を形成する工程と、前記セラミックス皮膜に冷却用空気を吹き付ける工程と、を含むことを特徴とするマシナブルセラミックス基板への溶射皮膜の形成方法。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ１０ｍｍ以下で、かつ、ヤング率が１００ＧＰa以下のマシナブルセラミックス基板への溶射皮膜の形成方法であって、前記基板を予熱する工程と、前記基板に溶射によりセラミックス粉を溶着してセラミックス皮膜を形成する工程と、前記セラミックス皮膜に冷却用空気を吹き付ける工程と、を含むことを特徴とするマシナブルセラミックス基板への溶射皮膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マシナブルセラミックス基板への溶射皮膜の形成方法に関するもので、特に、厚さ１０ｍｍ以下で、かつ、ヤング率が１００ＧＰa以下のマシナブルセラミックス基板への溶射皮膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、セラミックス基板へ皮膜を形成する方法としては、スクリーン印刷法、スパッタリング法、蒸着法、溶射による方法等が用いられている。
【０００３】
このうち、溶射によりセラミックス基板へ皮膜を形成する方法は、大面積の皮膜が得られるという利点があるものの、セラミックス基板と皮膜との密着強度が小さいため皮膜が剥離したり、割れるという問題点があった。
【０００４】
このような問題点を改善するために、セラミックス基板表面を粗面化してから皮膜を形成したり、セラミック基板と皮膜の間に中間層を介在させてセラミックス基板と皮膜との密着強度を改善する技術が提案されている。（例えば、特許文献１を参照。）
【特許文献１】特開昭６３−７９７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、種々のセラミックス基板への溶射皮膜の形成に対する要望が高まってきており、特に、機械加工が容易なマシナブルセラミックス基板への溶射皮膜の形成に対する要求が高まってきている。
【０００６】
このような要求に対して、従来技術を適用して溶射皮膜を形成した場合、溶射皮膜の剥離や割れは改善できるものの、溶射中もしくは後にマシナブルセラミックス基板自体が割れるという新たな問題が生じてきた。
この問題は、特に、厚さ１０ｍｍ以下で、かつ、ヤング率が１００ＧＰa以下という、厚さが薄く、剛性の低いマシナブルセラミックス基板へ溶射皮膜を形成した場合に顕著に発生していた。
【０００７】
したがって本発明の目的は、厚さが薄く、剛性の低いマシナブルセラミックス基板であっても、溶射皮膜の剥離や割れがなく、かつ、溶射中もしくは後にマシナブルセラミックス基板自体が割れることがない溶射皮膜の形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するべく鋭意研究を推し進める過程で、本発明者らは、溶射により皮膜を形成する工程の前に、前記マシナブルセラミックス基板を加熱治具等で均一加熱する予熱工程と、前記セラミックス皮膜に冷却用空気を吹き付けることでセラミックス基板の表裏面の温度差を解消することが可能となるとの知見のもとに本発明を完成した。
【０００９】
すなわち、前記した本発明の目的は、厚さ１０ｍｍ以下で、かつ、ヤング率が１００ＧＰa以下のマシナブルセラミックス基板への溶射皮膜の形成方法であって、前記基板を予熱する工程と、前記基板に溶射によりセラミックス粉を溶着してセラミックス皮膜を形成する工程と、前記セラミックス皮膜に冷却用空気を吹き付ける工程と、を含むことを特徴とするマシナブルセラミックス基板への溶射皮膜の形成方法によって達成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、厚さ１０ｍｍ以下で、かつ、ヤング率が１００ＧＰa以下という、厚さが薄く、剛性の低いマシナブルセラミックス基板へ溶射皮膜を形成した場合であっても、溶射皮膜の剥離や割れがなく、かつ、溶射中もしくは後にマシナブルセラミックス基板自体が割れることがない溶射皮膜の形成方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明では、厚さ１０ｍｍ以下で、かつ、ヤング率が１００ＧＰa以下のマシナブルセラミックス基板への溶射皮膜の形成方法であって、前記基板を予熱する工程と、前記基板に溶射によりセラミックス粉を溶着してセラミックス皮膜を形成する工程と、前記セラミックス皮膜に冷却用空気を吹き付ける工程と、を含むことを特徴とするマシナブルセラミックス基板への溶射皮膜の形成方法を提案している。
【００１２】
図１に、本発明に係る溶射皮膜の形成方法の概略構成断面図を示した。ここで、１は、本発明に係る厚さ１０ｍｍ以下で、かつ、ヤング率が１００ＧＰa以下のマシナブルセラミックス基板であり、マシナブルセラミックス基板１に溶射ガン３によりセラミックス粉を溶着してセラミックス皮膜２を形成し、セラミックス皮膜２に冷却用空気４を吹き付けている。
【００１３】
ここで、本発明に係るセラミックス基板を、厚さ１０ｍｍ以下で、かつ、ヤング率が１００ＧＰa以下のマシナブルセラミックス基板とした理由は、厚さが１０ｍｍを越えて厚い場合、または、ヤング率が１００ＧＰaを越えて剛性が大きい場合は、溶射中もしくは後にマシナブルセラミックス基板自体が割れるというか課題が発生しないからである。
【００１４】
ここで、本発明のマシナブルセラミックスとは、機械加工が容易なセラミックスのことであり、例えば、雲母を含有するマシナブルセラミックスやアルミニウムチタネート結晶を含むマシナブルセラミックス等が知られている。
最近では、米国コーニング社製のマコール（登録商標名である。）や住金セラミックス社製のホトベール（登録商標名である。）等が、その機械加工性と優れた物性から広く使われるようになってきている。
【００１５】
ところが、マシナブルセラミックスは、機械加工性に優れているものの、アルミナセラミックスと比較すると、ヤング率は１００ＧＰa以下とアルミナセラミックス（３９０ＧＰa）の１／４と剛性が小さく、さらに、強度は１５０ＧＰa以下とアルミナセラミックス（３４０ＧＰa）の半分以下である。
さらには、熱伝導率は１．７Ｗ／ｍ・Ｋとアルミナセラミックス（２９Ｗ／ｍ・Ｋ）と比較して著しく小さい。
【００１６】
したがって、このような熱伝導率の小さいマシナブルセラミックス基板へ溶射皮膜を形成した場合、基板の表裏面での温度差が原因で、プラズマジェットによる予熱中もしくは、溶射中にマシナブルセラミックス基板自体が割れることが多発していた。
【００１７】
本発明で、基板を均一加熱する予熱工程を含む理由は、予熱により基板の水分や汚れを除去すると共に、溶射皮膜の密着力を向上させるためであり、さらには、基板の急激な温度上昇変化を抑制して溶射時の基板の割れを防止するためである。
本発明における基板を均一加熱する予熱工程では、基板を溶射工程にかける前に、加熱乾燥機に置いて予熱する方法や、基板に加熱治具を取り付けて予熱する方法などを用いることができる。
【００１８】
また、本発明におけるセラミックス皮膜に冷却用空気を吹き付ける工程とは、より具体的には、圧縮空気を通常のノズルから噴射させる方法や、より溶射部分へのスポット冷却を可能とするボルテック効果を利用したノズル等を利用することができる。これらの方法を用いて、ワーク内(即ち、溶射を施す面内)の温度分布を５０℃以下とすることが、特に好ましい。
このように、溶射したセラミックス皮膜に冷却用空気を吹き付けることで、ワーク内及び基板の表裏面での温度差を解消できる作用がある。
【００１９】
以下に、本発明を実施例と比較例によりさらに詳細に説明する。
【００２０】
〔実施例〕
大きさφ３００ｍｍで、厚さ５ｍｍで、かつ、ヤング率が６５．７ＧＰaの住金セラミックス社製のホトベール（登録商標名である。）をマシナブルセラミックス基板として準備した。これに、ブラスト処理を実施し、Ｒmaxで少なくとも５μm以上となるまで粗面化処理を実施する。その後、このセラミックス基板を温度制御可能な加熱治具上で１５０℃にて予熱を実施した後に、酸化アルミニウム粉末をプラズマ溶射して５００μmの厚さのセラミックス皮膜を得た。この際、溶射したセラミックス皮膜に溶射ガンの動きに併せて瞬時に冷却用空気（毎分２００リットル）を吹き付けた。（図１を参照。）
得られた酸化アルミニウムからなるセラミックス皮膜には、反りや割れは発生しなかった。さらに、マシナブルセラミックス基板には、クラックの発生もなく、割れたりしなかった。
【００２１】
〔比較例〕
溶射時に形成されたセラミックス皮膜に冷却用空気を吹き付けなかった以外は、実施例と同様にしてマシナブルセラミックス基板へ溶射皮膜の形成を行った。その結果、マシナブルセラミックス基板自体が、粉々に割れてしまった。
【００２２】
以上から明らかなように、厚さが薄く、剛性の低いマシナブルセラミックス基板へ溶射皮膜を形成した場合であっても、溶射皮膜の剥離や割れがなく、かつ、溶射後にマシナブルセラミックス基板自体が割れることがない溶射皮膜の形成方法が本発明により得られることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る溶射皮膜の形成方法の概略構成断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１；マシナブルセラミックス基板
２；セラミックス皮膜
３；溶射ガン
４；冷却用空気
【図１】
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